(57)【要約】【課題】  燃料電池の発電量を制限することなく、固体高分子電解質膜の湿潤度を最適に保持する。【解決手段】  燃料電池システム１を制御するコントローラ６１は、燃料電池湿潤状態推定手段６３と、酸化ガス供給圧力制御手段６５と、酸化ガス供給流量制御手段６７とを備える。燃料電池湿潤状態推定手段６３は、燃料電池スタック３の固体高分子電解質膜の湿潤度Ｈを推定する。酸化ガス供給圧力制御手段６５は、湿潤度Ｈが所定値以下である場合、酸化ガス供給装置７から供給する酸化ガスの圧力を増加制御する。酸化ガス供給流量制御手段６７は、湿潤度Ｈが所定値以上である場合に、酸化ガス供給装置７から供給する酸化ガスの流量を増加制御する。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体高分子電解質を備えた燃料電池本体と、該燃料電池本体に酸化ガスを供給する酸化ガス供給装置とを備えた燃料電池システムにおいて、
前記燃料電池本体の内部湿潤度を推定する燃料電池湿潤状態推定手段と、
該燃料電池湿潤状態推定手段が推定した内部湿潤度に基づいて、前記酸化ガス供給装置から供給する酸化ガスの流量を制御する酸化ガス供給流量制御手段と、
前記燃料電池湿潤状態推定手段が推定した内部湿潤度に基づいて、前記酸化ガス供給装置から供給する酸化ガスの圧力を制御する酸化ガス供給圧力制御手段と、
を備えたことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記燃料電池湿潤状態推定手段が推定した内部湿潤度が所定値以上である場合には、前記酸化ガス供給流量制御手段は、前記酸化ガス供給流量を増量補正することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記燃料電池本体の水詰まりを検出する水詰まり検出手段を備え、
該水詰まり検出手段が水詰まりを検出した場合には、前記酸化ガス供給流量制御手段は、前記酸化ガス供給流量を増量補正することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記燃料電池本体に間接または直接供給可能な純水量を検出する純水量検出手段を備え、
該純水量検出手段が検出した純水量が所定値以下である場合には、前記酸化ガス供給流量制御手段による前記酸化ガス供給流量の増量補正を禁止することを特徴とする請求項２または請求項３記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記燃料電池湿潤状態推定手段が推定した内部湿潤度が所定値以下である場合には、前記酸化ガス供給圧力制御手段は、前記酸化ガス供給圧力を増加補正することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載の燃料電池システムと、
車両を駆動する一方、車両減速時に運動エネルギーを回生電力に変換することができる車両駆動用モータと、を備えた燃料電池車両であって、
前記車両駆動用モータで変換された回生電力を消費するように前記酸化ガス供給装置を制御することを特徴とする燃料電池車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システム及び燃料電池車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、水素ガスなどの燃料ガスと酸素を有する酸化ガスとを電解質を介して電気化学的に反応させ、電解質両面に設けた電極間から電気エネルギを直接取り出すものである。特に固体高分子電解質を用いた固体高分子型燃料電池は、動作温度が低く、取り扱いが容易なことから電動車両用の電源として注目されている。すなわち、燃料電池車両は、高圧水素タンク、液体水素タンク、水素吸蔵合金タンクなどの水素貯蔵装置を車両に搭載し、そこから供給される水素と、酸素を含む空気とを燃料電池に送り込んで反応させ、燃料電池から取り出した電気エネルギで駆動輪につながるモータを駆動するものであり、排出物質は水だけであるという究極のクリーン車両である。
【０００３】
ところで一般的な固体高分子電解質であるパーフルオロスルホン酸系ポリマ等では、含水量が十分でないと良好な水素イオン導電性を発揮しないことが知られている。このため、固体高分子電解質に水分を供給する加湿方法として、燃料電池本体へ供給する燃料ガスや酸化剤ガスを加湿する外部加湿（間接加湿）方法や、燃料電池本体に流通する冷却水から多孔質部材を介して加湿する内部加湿（直接加湿）方法が行なわれている。
【０００４】
また、燃料電池の固体高分子電解質膜の湿潤状態を監視するために、固体高分子電解質膜と一体化したセンサを設ける技術が公知である（例えば、特許文献１）。
【０００５】
この技術によれば、燃料電池スタックセル・メンブレン電極アセンブリの温度、水和状態、イオン伝導率、ＡＣインピーダンス、抵抗、キャパシタンス、誘電率、複素誘電率、バルク誘電率などのパラメータを監視しているので、燃料電池スタックの湿潤状態、及び発電効率などを推定することができる。
【特許文献１】特表２００２−５３６７８８号公報（第８頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら上記従来技術では、固体高分子電解質の湿潤度が低下した場合や、燃料電池スタックが水詰まりを起こした場合、また燃料電池に供給する酸化ガスを加湿するための純水量が低下した場合に応じて、燃料電池に供給する酸化ガスの圧力や流量の運転点を変化させる必要があった。
【０００７】
例えば、固体高分子電解質膜の湿潤度が低下すると、発電効率が低下するため燃料電池の発熱量が増加し、固体高分子電解質膜の湿潤度が更に低下するので、発電量を制限しなければならないという問題点があった。
【０００８】
また、燃料電池スタックが水詰まりを起こした状態で発電を継続すると、電極触媒への供給ガスが不足し燃料電池スタックが劣化する虞がある。さらに、酸化ガスを加湿するための純水量が低下すると、酸化ガスに対して十分な加湿を行うことができなくなり、固体高分子電解質膜の抵抗が増加し燃料電池の発電効率が低下する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
第１発明は、上記課題を解決するため、燃料ガス及び酸化ガスを用いて発電する燃料電池本体と、該燃料電池本体に酸化ガスを供給する酸化ガス供給装置とを備えた燃料電池システムにおいて、前記燃料電池本体の内部湿潤度を推定する燃料電池湿潤状態推定手段と、該燃料電池湿潤状態推定手段が推定した内部湿潤度に基づいて、前記酸化ガス供給装置から供給する酸化ガスの流量を制御する酸化ガス供給流量制御手段と、前記燃料電池湿潤状態推定手段が推定した内部湿潤度に基づいて、前記酸化ガス供給装置から供給する酸化ガスの圧力を制御する酸化ガス供給圧力制御手段と、を備えたことを要旨とする。
【００１０】
また第２発明は、第１発明の燃料電池システムと、車両を駆動する一方、車両減速時に運動エネルギーを回生電力に変換することができる車両駆動用モータと、を備えた燃料電池車両であって、前記車両駆動用モータで変換された回生電力を消費するように前記酸化ガス供給装置を制御することを要旨とする。
【発明の効果】
【００１１】
第１発明によれば、燃料電池本体の固体高分子膜の湿潤度に基づき、酸化ガス圧力及び酸化ガス流量を制御しているので、該固体高分子膜の湿潤度を適正に制御することができる。
【００１２】
第２発明によれば、車両駆動用モータによる回生制動時に、回生電力を酸化ガス供給装置で消費させることができるので、燃料電池発電量が所定値以下である場合でも燃料電池本体の内部湿潤度を適正に制御することができ、また、燃料電池スタックの水詰まりを防止するこができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。以下の各実施例で説明する燃料電池システムは、燃料電池車両に好適な燃料電池システムである。
【実施例１】
【００１４】
図１は、本発明に係る燃料電池システムの実施例１の構成を説明するシステム構成図である。図１において、燃料電池システム１は、固体高分子電解質膜を備えた燃料電池本体である燃料電池スタック３と、燃料電池スタック３に供給する酸化ガス及び水素を加湿する加湿器５と、酸化ガスとして空気を供給するコンプレッサ等の酸化ガス供給装置７と、燃料電池スタック３から排出される空気の圧力流量を調整するスロットル９と、水素を貯蔵する高圧水素タンク１１と、水素の圧力を調整する可変バルブ１３と、可変バルブ１３から供給される新規水素と燃料電池スタック３のアノードから排出されるアノードオフガスとを混合して循環させるエゼクタ１５と、アノードオフガスを系外へ排出させるパージ弁１７と、燃料電池スタック３が発電した電力を消費する駆動ユニット１９と、を備えている。
【００１５】
また、燃料電池システム１は、加湿器５へ純水を供給するポンプ等の純水供給装置２７と、純水の温度を下げる純水ラジエタ２３と、純水ラジエタ２３へ送風するファン２５と、純水を貯蔵する純水タンク２９と、純水タンク２９の水位を検出する水位センサ３１とを備えている。
【００１６】
また、燃料電池システム１は、燃料電池スタック３の温度を調節するため、燃料電池スタック３の内部に形成された図示しない冷却水通路に冷却水を供給するため、ポンプ等の冷却水供給装置３７と、冷却水の熱を系外へ放出する冷却水ラジエタ３３と、冷却水ラジエタ３３へ送風するファン３５とを備えている。
【００１７】
また、燃料電池システム１は、燃料電池システムの運転状態を検出／制御するために、大気圧を検出する大気圧センサ４９、酸化ガス供給装置７が吸入する空気の温度及び湿度を検出する温度湿度センサ５１、燃料電池スタック３の入口における酸化ガス流量を検出する酸化ガス流量センサ４１，同水素ガス流量を検出する水素流量センサ４３，同酸化ガス圧力を検出する酸化ガス圧力センサ４５，同水素ガス圧力を検出する水素ガス圧力センサ４７、燃料電池スタック出口における冷却水温度を検出する温度センサ５３，燃料電池スタック３を構成する各セルまたは直列接続された複数セルからなるセル群の電圧を検出するセル電圧検出装置２１，及びこれらのセンサ類の検出信号を入力するコントローラ６１を備えている。
【００１８】
コントローラ６１は、燃料電池システム１の全体を制御するとともに、燃料電池スタック３の内部湿潤度を推定する燃料電池湿潤状態推定手段６３と、燃料電池湿潤状態推定手段６３が推定した湿潤度に基づいて酸化ガス供給装置７の吐出圧力を制御する酸化ガス供給圧力制御手段６５と、燃料電池湿潤状態推定手段６３が推定した湿潤度に基づいて酸化ガス供給装置７から供給する酸化ガスの流量を制御する酸化ガス供給流量制御手段６７と、を備えている。
【００１９】
ここで、燃料電池スタック３の内部湿潤度Ｈとは、燃料電池スタック３に用いられている固体高分子電解質膜の湿潤度であり、例えば、運転状態における固体高分子電解質膜の単位面積当たりの含水量Ｗ［ｇ／ｃｍ2 ］を、固体高分子電解質膜の製造元が推奨する使用条件における固体高分子電解質膜の単位面積当たりの含水量Ｗ0 ［ｇ／ｃｍ2 ］で除算して正規化した無名数とする。
【００２０】
Ｈ＝Ｗ／Ｗ0        …（１）
コントローラ６１は、特に限定されないが本実施例では、ＣＰＵと、制御プログラム及び制御用パラメータや制御テーブルを記憶するＲＯＭと、作業用ＲＡＭと、入出力インタフェースとを備えたマイクロプロセッサで構成されている。コントローラ６１は、各センサの信号とセル電圧検出装置２１の出力を取り込み、内蔵された制御プログラムに基づいて各アクチュエータを駆動する制御信号を出力する。
【００２１】
次に、上記構成の燃料電池システム１の動作を説明する。酸化ガス系は、酸化ガス供給装置７が酸化ガスとしての空気を圧縮して加湿器５へ送る。加湿器５は純水供給装置２７から供給された純水で空気を加湿して燃料電池スタック３へ送り込む。水素系では高圧水素タンク１１から供給された水素を可変バルブ１３が圧力を制御して、燃料電池スタック３へ供給する水素圧力を所望の値とする。また、イジェクタ１５でアノードオフガスと合流し、次に加湿器５へ送られ、加湿器５では酸化ガスと同様に純水供給装置２７で供給された純水で水素を加湿し、加湿された水素が燃料電池スタック３へ送り込まれる。
【００２２】
燃料電池スタック３では送り込まれた空気と水素を反応させて発電を行い、電流（電力）を駆動ユニット１９へ供給する。燃料電池スタック３で反応に使用した残りの空気は、スロットル９で圧力制御が行われて系外へ排出される。また、反応に使用した残りの水素は燃料電池スタック３から排出されるが、イジェクタ１５によって加湿器５の上流へ還流されて発電に再利用する。
【００２３】
コントローラ６１は、流量センサ４１，４３，圧力センサ４５，４７の各センサから読み込んだ流量値及び圧力値が、そのときの目標発電量から決まる所定の目標値になるように酸化ガス供給装置７、スロットル９、可変バルブ１３を制御するとともに、目標値に対して実際に実現されている圧力、流量に応じて燃料電池スタック３から駆動ユニット１９へ取り出す出力（電流値）の指令を行う。
【００２４】
尚、駆動ユニット１９は、図示しない車両駆動用モータを備え、燃料電池スタック３が発電した電力を車両駆動用モータに供給することにより車両を駆動するとともに、車両制動時には、車両駆動用モータが車両の運動エネルギーを回生電力に変換することにより車両を制動する回生制動を行うことができるようになっている。この回生制動時に、コントローラ６１は、酸化ガス供給装置７の回転速度を上昇させるとともに、スロットル９の開度を増加させて、余剰の回生電力を消費させるように制御することができるようになっている。
【００２５】
次に、フローチャート及び制御マップを参照して、コントローラ６１の制御作用を説明する。コントローラ６１の概略の作用は、燃料電池スタック３の内部湿潤状態を推定し、この湿潤状態に基づき、酸化ガス供給装置７およびスロットル９を制御して、湿潤状態を適正に制御するものである。
【００２６】
図８は、燃料電池システムの運転開始時より所定時間毎（例えば１０[ms]毎）にコントローラ６１が実行する制御内容の全体を説明するゼネラルフローチャートである。まず、ステップ（以下、ステップをＳと略す）１０において、コントローラ６１は、燃料電池スタック３の固体高分子膜の湿潤状態を推定する。次いで、Ｓ１２において、コントローラ６１は、推定された湿潤状態に基づいて燃料電池スタック３へ供給する酸化ガスの供給流量を制御し、次いで、Ｓ１４において、コントローラ６１は、推定された湿潤状態に基づいて燃料電池スタック３へ供給する酸化ガスの供給圧力を制御する。
【００２７】
次に、Ｓ１０の燃料電池スタック３の固体高分子膜の湿潤度推定方法について、図２を用いて説明する。図２（ａ）は、吸入酸化ガス（空気）温度と飽和水蒸気分圧との関係を示す図、図２（ｂ）は、飽和水蒸気分圧と固体高分子膜の湿潤度との関係を示す図である。
【００２８】
例えば、燃料電池スタック３に供給する酸化ガスに対して、１００［％］の加湿を行う場合には、温度湿度センサ５１で酸化ガス供給装置７の吸入酸化ガス温度を検出し、この吸入酸化ガス温度ＴCMP_IN1 [degC]から、予めコントローラ６１に記憶した図２（ａ）のような制御マップを参照して、飽和水蒸気分圧ｆ1 [mmHg]を算出する。さらに、予め実験などにより、飽和水蒸気分圧と固体高分子膜湿潤度の関係を求め、求めた関係を図２（ｂ）のような制御マップとしてコントローラ６１に記憶させておく。そして、この吸入酸化ガス温度ＴCMP_IN1 [degC]に基づき、図２（ａ）、図２（ｂ）の制御マップを順次参照して、固体高分子膜湿潤度Ｈ1 を算出する方法などがある。それ以外にも、温度湿度センサ５１が検出した酸化ガス供給装置７の吸入酸化ガスの湿度から固体高分子膜湿潤度を推定する方法などがある。
【００２９】
次に、Ｓ１２の酸化ガス供給流量制御方法について図９のフロチャートを用いて説明する。まず、Ｓ１６で、燃料電池スタック３の固体高分子膜の湿潤度Ｈ1 が所定値以上であるか否かを判定し、所定値以上であると判定した場合には、Ｓ１８で、燃料電池スタック３に供給する酸化ガス流量を増量補正し、終了する。Ｓ１６で所定値以上ではないと判定した場合、何もせずに終了する。
【００３０】
ここで、Ｓ１８の燃料電池供給酸化ガス流量補正方法について、図３を用いて説明する。予め実験などにより、固体高分子膜の湿潤度と酸化ガス目標流量補正係数との関係を求め、求めた関係を図３（ａ）のような制御マップとしてコントローラ６１に記憶しておく。そして、Ｓ１０で推定した固体高分子膜湿潤度Ｈ1 に基づき、図３（ａ）のマップを参照して、酸化ガス流量補正係数ｋH1 を算出する。
【００３１】
また、燃料電池の発電量がＧ1 ［W］時の補正前の酸化ガス目標流量をＱTarget1 [L/min]とすると、補正後の酸化ガス目標流量ＱkH1 [L/min]は、以下の式（２）で算出することができる（図３（ｂ））。
【００３２】
ＱkH1 ＝ＱTarget1 ×ｋH1[L/min]         …（２）
以上のようにして酸化ガス流量を増量補正する。
【００３３】
それ以外にも、図４に示すように、推定した固体高分子膜湿潤度が所定値以上となった場合（図４では１以上）には、燃料電池スタック３に供給する酸化ガス流量を所定変化率Ｑinc [L/min/sec]で増量補正し、固体高分子膜湿潤度が所定値以下となった場合には、酸化ガス流量を所定変化率Ｑdec [L/min/sec]で減少補正する方法などがある。
【００３４】
次に、Ｓ１４の酸化ガス供給圧力制御方法について図１０のフロチャートを用いて説明する。まず、Ｓ２０で、燃料電池の固体高分子膜の湿潤度が所定値以下であるか否かを判定し、所定値以下であると判定した場合には、Ｓ２２で、酸化ガス供給装置７の吐出圧力を増加補正することにより、酸化ガス供給圧力を増加補正して終了する。Ｓ２０で所定値以下ではないと判定した場合、何もせずに終了する。
【００３５】
ここで、Ｓ２２の酸化ガス供給圧力増加補正方法について、図５を用いて説明する。予め実験などにより、固体高分子膜湿潤度と酸化ガス目標圧力補正係数との関係を求め、求めた関係を図５（ａ）のような制御マップとしてコントローラ６１に記憶しておく。そして、Ｓ１０で算出した固体高分子膜湿潤度Ｈ2 に基づき、図５（ａ）のマップを参照して、目標吐出圧力補正係数ｋH2を算出する。
【００３６】
また、燃料電池の発電量がＧ1 ［W］時の補正前目標吐出圧力をＰOUT_Target2 [kPa]とすると、補正後の目標吐出圧力ＰOUT_kH2 [kPa]は、以下の式（３）で算出することができる（図５（ｂ））。
【００３７】
ＰOUT_kH2 ＝ＰOUT_Target2 ×ｋH2 [kPa] …（３）
以上のようにして酸化ガス圧力を増加補正する。
【００３８】
それ以外にも、図６に示すように、推定した固体高分子膜湿潤度が所定値以下となった場合（図６上図では１以下）には、酸化ガス供給装置の吐出圧力を変化率ＰOUT_inc [kPa/sec]で増加補正し、該固体高分子膜湿潤度が所定値以上となった場合には、該吐出圧力を変化率ＰOUT_ｄec [kPa/sec]で減少補正する方法などがある。
【００３９】
本実施例によれば、燃料電池固体高分子膜の湿潤度に基づき、酸化ガス圧力及び酸化ガス流量を制御しているので、該固体高分子膜の湿潤度を適正に制御することができる。
【００４０】
また本実施例によれば、燃料電池固体高分子膜の湿潤度が所定値以上である場合に、酸化ガス流量を増量補正しているので、固体高分子膜の湿潤度を適正に制御し、フラッディングを防止することができる。
【００４１】
さらに本実施例によれば、燃料電池固体高分子膜の湿潤度が所定値以下である場合に、酸化ガス吐出圧力を増加補正しているので、固体高分子膜の湿潤度を適正に制御することができる。
【実施例２】
【００４２】
次に、本発明に係る燃料電池システムの実施例２を説明する。実施例２の燃料電池システムの構成は、図１に示した実施例１の構成と同様であり、また、酸化ガス流量及び酸化ガス圧力の制御に関しては、図２〜１０を参照して説明した実施例１と同様であるので、重複する説明を省略する。
【００４３】
本実施例２の燃料電池システムは、実施例１の燃料電池システムの機能に加えて、セル電圧検出装置２１により検出したセル電圧に基づいて、燃料電池スタック３が水詰まりを起こしているか否かを判定し、水詰まりを起こしていると判定した場合には、酸化ガス供給装置７から供給する酸化ガスの供給流量を増加させて水詰まりを解消させることを特徴とする。
【００４４】
次に実施例２の作用を説明する。まず図１１のフローチャートにおいて、ステップＳ２４で燃料電池スタック３の水詰まり状態を推定する。ここで、Ｓ２４の燃料電池スタック３の水詰まり状態の推定方法について説明する。
【００４５】
本実施例では、セル電圧検出装置２１により検出されたセル或いはセル群の各電圧値のうち、所定電圧値以下となっているセルあるいはセル群が検出された場合で、かつ、同セルあるいは同セル群が所定電圧値以下の状態を所定時間以上継続した場合には、燃料電池スタック３が水詰まりを起こしていると推定する。
【００４６】
これ以外に燃料電池スタック３の水詰まり状態の推定方法としては、セル電圧検出装置２１により検出したセル或いはセル群の電圧の平均値を求め、平均値から所定の割合以上に下方へ乖離したセル或いはセル群の電圧値が所定時間以上継続した場合に、燃料電池スタック３が水詰まりを起こしていると推定しても良い。
【００４７】
次に、本実施例における燃料電池供給酸化ガスの流量増量補正を図１２のフロチャートを参照して説明する。
【００４８】
Ｓ２６で、燃料電池スタック３が水詰まりを起こしているか否かを判定し、水詰まりを起こしていると判定した場合には、Ｓ２８で、酸化ガス供給装置７から燃料電池スタック３に供給する酸化ガス流量を増量補正し、終了する。
【００４９】
ここで、Ｓ２６の燃料電池供給酸化ガスの流量補正方法について、図７を用いて説明する。図７に示すように、燃料電池スタック３が水詰まりを起こしていると判定した場合には、酸化ガス供給装置７から燃料電池スタック３に供給する酸化ガス流量を所定変化率Ｑinc [L/min/sec]で増量補正し、水詰まりを起こしていないと判定した場合には、酸化ガス供給装置７から燃料電池スタック３に供給する酸化ガス流量を所定変化率Ｑdec [L/min/sec]で減少補正する方法などがある。
【００５０】
本実施例によれば、燃料電池スタックの水詰まりを検出した場合に、酸化ガス流量を増量補正しているので、フラッディングを防止することができる。
【実施例３】
【００５１】
次に、本発明に係る燃料電池システムの実施例３を説明する。実施例３の燃料電池システムの構成は、図１に示した実施例１の構成と同様であり、また、酸化ガス流量及び酸化ガス圧力の制御に関しては、図２〜１０を参照して説明した実施例１と同様であるので、重複する説明を省略する。
【００５２】
本実施例３の燃料電池システムは、実施例１の燃料電池システムの機能に加えて、燃料電池スタック３に供給する酸化ガス（空気）及び燃料ガス（水素）を加湿する加湿器５に加湿用の純水を供給する純水タンク２９の水位を水位計３１で検出し、検出した純水量が所定値以下である場合には、酸化ガス供給装置７から供給する酸化ガス流量の増量補正を禁止することを特徴とする。
【００５３】
次に実施例３の作用を説明する。まず図１３のフローチャートにおいて、ステップＳ３０で、燃料電池スタック３に供給する酸化ガス及び燃料ガスを加湿する加湿器５に供給可能な純水量を純水タンク２９に配設した水位計３１で検出する。
【００５４】
次に、図１４のフロチャートを参照して、供給可能な純水量に応じた酸化ガス供給流量の増量禁止制御について説明する。まず、図１４のＳ３２で、水位センサ３１の検出値に基づいて、供給可能な純水量が所定値以上であるか否かを判定し、所定値以上であると判定した場合には、Ｓ３４で、燃料電池に供給する酸化ガス流量を増量補正し、所定値以下であると判定した場合には、酸化ガス流量増量補正を行わず、終了する。
【００５５】
Ｓ３４における燃料電池供給酸化ガス流量の増量補正方法については、実施例１に記載されている方法と同じであるので省略する。
【００５６】
以上説明した本実施例は、加湿器を介して燃料電池スタック３へ供給する酸化ガス及び燃料ガスを加湿する間接加湿であったが、燃料電池スタック３の内部に純水通路を設け、この純水通路から多孔質部材を介して燃料電池に供給する反応ガス或いは固体高分子電解質膜を直接加湿するタイプの燃料電池にも本発明を適用できることは明らかである。
【００５７】
本実施例によれば、燃料電池に供給可能な純水量が所定値以下である場合に、酸化ガス流量を増量補正しているので、燃料電池に供給する純水量の低下を防止することができる。
【実施例４】
【００５８】
次に、本発明に係る燃料電池システムを備えた燃料電池車両である実施例４を説明する。実施例４の燃料電池システムの構成は、図１に示した実施例１の構成と同様であり、また、酸化ガス流量及び酸化ガス圧力の制御に関しては、図２〜１０を参照して説明した実施例１と同様であるので、重複する説明を省略する。
【００５９】
本実施例４の燃料電池システムは、実施例１の燃料電池システムの機能に加えて、駆動ユニット１９が備える図示しない車両駆動用モータが、燃料電池車両を回生制動する際に、車両駆動用モータで発生した回生電力を酸化ガス供給装置７で消費するように制御することを特徴とする。
【００６０】
車両駆動用モータが回生制動を行っている場合、コントローラ６１は、燃料電池の発電量を所定値以下に抑制したり発電を停止させる。このとき、酸化ガス供給装置７は、車両駆動用モータが発電した回生電力を消費することにより酸化ガス供給を継続する。
【００６１】
実施例４によれば、車両駆動用モータによる回生制動時に、回生電力を酸化ガス供給装置で消費させているので、車両駆動用モータが回生電力を発電している場合、すなわち、燃料電池発電量が所定値以下である場合でも燃料電池固体高分子膜湿潤度を適正に制御することができ、また、燃料電池スタックの水詰まりを防止するこができる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明に係る燃料電池システムの構成を説明するシステム構成図である。
【図２】（ａ）吸入酸化ガス温度と飽和水蒸気分圧との関係を説明する図、（ｂ）飽和水蒸気分圧と固体高分子膜湿潤度との関係を説明する図である。
【図３】（ａ）固体高分子膜湿潤度と酸化ガス流量補正係数との関係を説明する図、（ｂ）燃料電池発電量と酸化ガス目標流量との関係を説明する図である。
【図４】酸化ガス供給流量の増量補正制御方法を説明する図である。
【図５】（ａ）固体高分子膜湿潤度と酸化ガス吐出圧力補正係数との関係を説明する図、（ｂ）燃料電池発電量と酸化ガス目標吐出圧力との関係を説明する図である。
【図６】酸化ガス供給圧力の増加補正制御方法を説明する図である。
【図７】燃料電池スタックの水詰まり検出時における酸化ガス供給流量の増量補正制御方法を説明する図である。
【図８】本発明に係る燃料電池システムのメインフロチャートである。
【図９】燃料電池供給酸化ガス流量の増量補正を説明するフロチャートである。
【図１０】燃料電池供給酸化ガス圧力の増加補正を説明するフロチャートである。
【図１１】燃料電池スタックの水詰まり状態推定を説明するフローチャートである。
【図１２】燃料電池スタックの水詰まり状態に応じた燃料電池供給酸化ガス流量の増量補正を説明するフロチャートである。
【図１３】燃料電池に供給可能な純水量を検出するフローチャートである。
【図１４】純水量に応じた燃料電池供給酸化ガス流量の増量補正を説明するフロチャートである。
【符号の説明】
【００６３】
１…燃料電池システム
３…燃料電池スタック
５…加湿器
７…酸化ガス供給装置
９…スロットル
１１…高圧水素タンク
１３…可変バルブ
１５…イジェクタ
１７…パージ弁
１９…駆動ユニット
２１…セル電圧検出装置
２３…純水ラジエタ
２５…ファン
２７…純水供給装置
２９…純水タンク
３１…水位計
６１…コントローラ
６３…燃料電池湿潤状態推定手段
６５…酸化ガス供給圧力制御手段
６７…酸化ガス供給流量制御手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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